工廠設(shè)計_年產(chǎn)3萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計

1、 生化工廠設(shè)計概論課程設(shè)計題目：年產(chǎn)3萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計學(xué) 院：生 命 科 學(xué) 學(xué) 院 專 業(yè)：生 物 工 程 年 級：06 級 姓 名：XXX 學(xué) 號：XXX 指導(dǎo)教師：XXX 時 間：2009年12月9日前言課程設(shè)計是普通高校本科教育中非常重要的一個環(huán)節(jié)，同時也是理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計為年產(chǎn)3萬噸味精廠的生產(chǎn)車間設(shè)計，通過雙酶法谷氨酸中糖發(fā)酵以及一次等電點提取工藝生產(chǎn)谷氨酸鈉。谷氨酸單鈉（monosodium glutamate）,呈強烈鮮味，商品名為味精。因味精具有肉類鮮味，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。隨著人們對味精的認(rèn)識不斷深入

2、提高，對它的營養(yǎng)價值、安全性及如何正確使用都有了普遍的了解。味精具有很強的鮮味（值為0.03%），現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第十九次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑。味精是一種強堿弱酸鹽，它在水溶液中可以完全電離變成谷氨酸離子（GA+）和鈉離子。味精進(jìn)入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人體吸收后，參與體內(nèi)許多代謝反應(yīng)，并于其他許多氨基酸一起共同構(gòu)成人體組織的蛋白質(zhì)。味精可以增進(jìn)人們的食欲，提高人體對其他各種食物的吸收能力，對人體有一定的滋補作用。因為味精里

3、含有大量的谷氨酸，是人體所需要的一種氨基酸，96能被人體吸收，形成人體組織中的蛋白質(zhì)。它還能與血氨結(jié)合，形成對機體無害的谷氨酰胺，解除組織代謝過程中所產(chǎn)生的氨的毒性作用。因此，谷氨酸能用來預(yù)防和治療肝昏迷。由于谷氨酸參與腦組織的蛋白質(zhì)代謝和糖代謝，故而能促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒?，對治療腦震蕩和腦神經(jīng)損傷有一定療效。從總體上說，味精行業(yè)的發(fā)展前景是比較廣闊的，我國是世界上人口最多的國家，而我國的味精出口不足年產(chǎn)量的1%，絕大部分味精都在國內(nèi)市場上消化了，隨著人民生活水平的提高，人們對味精的需求會越來越大，況且國內(nèi)外市場上對味精的消費不僅僅限于調(diào)味，而是廣泛的作為一種原材料或香料表面活性劑應(yīng)用于

4、醫(yī)藥和化妝品生產(chǎn)行業(yè)。由此可見，味精的消費市場開拓是很有前景的。本文對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識。設(shè)計內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。整個設(shè)計內(nèi)容大體分成三部分，第一部分主要是味精生產(chǎn)的工藝和設(shè)備選擇；第二部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過濾器的設(shè)計與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。在本次設(shè)計過程中，自始至終得到王能強老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助，在此表示

5、衷心感謝！雖然作者在編寫和修改過程中已做了很大努力，但由于水平有限以及經(jīng)驗不足，其中還是有許多錯誤和不當(dāng)之處，敬請各位老師批評指點，以利于作者認(rèn)識自己的不足，不斷修改和完善。 設(shè)計人：XXX 2009年12月9日緒論味精是人們熟悉的鮮味劑，又稱谷氨酸鈉，是L谷氨酸單納鹽（Mono sodium glutamate）的一水化合物（HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O）,或命名為u-氨基戊二酸單鈉一水化合物。它含有一分子結(jié)晶水，其分子式為HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O，分子量187.13。具有旋光性，有D-型和L-型兩種光學(xué)異構(gòu)體。谷氨酸跟堿作用生成谷氨酸一鈉，如

6、果堿過量，則生成不具有鮮味的谷氨酸二鈉。味精為八面柱狀晶體，不溶于純酒精、乙醚及丙酮等有機溶劑，易溶于水，相對密度為1.65，熔點195，在120以上逐漸失去分子中的結(jié)晶水。 味精的比旋光度=+25.16（C=10，2NHCl）。0.2%味精溶液的pH為0.7。 味精生產(chǎn)大致經(jīng)歷了三個大的階段： 第一階段：最早的味精制造方法就是從天然的食物材料中抽取，例如：將海帶以熱水煮過，取其湯液濃縮后即可得到含有味精的濃縮液或調(diào)味粉。 第二階段：最早商業(yè)化制造味精的原料是面筋。 面筋即是面粉中的蛋白質(zhì)，采用的方法是蛋白質(zhì)水解法，因為面筋的來源豐富，且含有高達(dá)23%的麩胺酸，最適合做為制造味精的原料。 第三

7、階段：1958年利用微生物生產(chǎn)味精的發(fā)酵技術(shù)開發(fā)成功，主要是利用葡萄糖、果糖或蔗糖為糖源，經(jīng)特別篩選的味精生產(chǎn)菌種吸收代謝后，合成大量的麩胺酸，是屬于生物合成的天然胺基酸。這些特別篩選的微生物會將糖蜜中的糖轉(zhuǎn)變成麩胺酸。每消耗一公斤的糖，約可產(chǎn)生0.5公斤的麩胺酸，生產(chǎn)效率非常高。 受經(jīng)濟危機影響，全球經(jīng)濟大幅縮水，國外的餐飲業(yè)大幅受到影響，味精工業(yè)的發(fā)展自然受到?jīng)_擊，我國味精產(chǎn)業(yè)由于主要以內(nèi)銷為主，影響不大，又由于國家大幅擴大內(nèi)需，是以發(fā)展前景樂觀。 目錄前言.1 緒論.錯誤！未定義書簽。一.味精生產(chǎn)工藝.41.1 味精生產(chǎn)工藝概述.41.2 原料的預(yù)處理及淀粉水解制備.5 1.2.1 原料

8、的預(yù)處理.5 1.2.2 淀粉水解制備.51.3 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵.51.4 谷氨酸的提取.51.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工.5二.發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計與選型.6 2.1 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算.6 2.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù).6 2.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算.6 2.1.3 30000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡結(jié)果.8 2.2 熱量衡算.9 2.2.1 液化工序熱量衡算.9 2.2.2 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算.9 2.2.3 谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算.10 2.2.4 干燥過程的熱量衡算.11 2.2.5 生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果.1

9、1 2.3 無菌空氣耗量計算.12 2.4 設(shè)備設(shè)計與選型.12 2.4.1 發(fā)酵罐.12 2.4.2 種子罐.21 2.4.3 空氣分過濾器.27 2.4.4 味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表.28致謝.28主要參考文獻(xiàn).29一.味精生產(chǎn)工藝1.1.味精生產(chǎn)工藝概述味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：（1）原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；（3）谷氨酸的提?。唬?）谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相對應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設(shè)置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸

10、汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1?？諝饩N原料空氣壓縮機預(yù)處理斜面培養(yǎng)搖瓶擴大培養(yǎng)冷卻水解除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過濾氣液分離種子罐擴大培養(yǎng)過濾淀粉水解糖過濾除菌脫色濃縮結(jié)晶離心等電點調(diào)節(jié)過濾干燥大結(jié)晶干燥小結(jié)晶 拌鹽粉碎成品味精粉狀味精母液粗谷氨酸粗谷氨酸中和制味精 離子交換處理粗谷氨酸溶液溶解1.2.原料的預(yù)處理及淀粉水解制備1.2.1.原料的預(yù)處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時去除固體雜質(zhì)，防止機器磨損。用于除雜的設(shè)

11、備為篩選機，常用的是振動篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎3。1.2.2.淀粉水解制備在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。1.3.種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完

12、成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務(wù)。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。發(fā)酵設(shè)備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)

13、酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設(shè)備4。1.4.谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點鋅鹽法、鹽酸水解等電點法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制1 。1.5.谷氨酸制取味精及味精成品加工精

14、制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應(yīng)用效果好4。 二發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計與選型 2.1.味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算2.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 生產(chǎn)規(guī)模： 6萬噸年(或12萬噸年)生產(chǎn)規(guī)格： 純度為99的味精生

15、產(chǎn)方法： 以工業(yè)淀粉為原料、雙酶法糖化、流加糖發(fā)酵，低溫濃縮、等電提取生產(chǎn)天數(shù)： 300天年 倒罐率： 0.5發(fā)酵周期：40-42小時 生產(chǎn)周期：48-50小時種子發(fā)酵周期：8-10小時種子生產(chǎn)周期：12-16小時發(fā)酵醪初糖濃度： 15(WV)流加糖濃度：45(WV)發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率： 10糖酸轉(zhuǎn)化率： 56淀粉糖轉(zhuǎn)化率： 98 谷氨酸提取收率： 92味精對谷氨酸的精制收率：112原料淀粉含量：86 發(fā)酵罐接種量： 10發(fā)酵罐填充系數(shù)： 75發(fā)酵培養(yǎng)基(W/V)： 水解糖 15，糖蜜 0.3，玉米漿 0.2%，MgSO4 0.04，KCl 0.12，Na2HPO4 0.16%，尿素 4，消泡劑

16、0.04種子培養(yǎng)基(W/V)： 水解糖 2.5，糖蜜 2，玉米漿 l %，MgSO4 0.04，K2HPO4 0.1，尿素 0.35，消泡劑 0.032.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。（1）發(fā)酵液量V1 式中 220發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 56%糖酸轉(zhuǎn)化率 90%谷氨酸提取率 97%除去倒灌率0.3%后的發(fā)酵成功率 110%味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率（2）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 以純糖算， （3）二級種液量 V2 （4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 式中 25二級種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000

17、kg味精需水解糖總量G為： （6）耗用淀粉原料量 理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：式中 85%淀粉原料含純淀粉量 98%淀粉糖轉(zhuǎn)化率（7）尿素耗用量 二級種液耗尿素量為V3發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4故共耗尿素量為331.68kg（8）甘蔗糖蜜耗用量 二級種液耗用糖蜜量V5發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6合計耗糖蜜41.1kg（9）氯化鉀耗量GKCl （10）磷酸氫二鉀（K2HPO4）耗量G3 （11）硫酸鎂（MgSO47H2O）用量G4 （12）消泡劑（泡敵）耗用量G5 （13）磷酸氫二鈉耗用量G6 （14）谷氨酸（麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為：實際生產(chǎn)的谷

18、氨酸（提取率90%）為：（15）玉米漿用量2.1.3 30000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 年產(chǎn)30000噸味精物料橫算表物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）的物料量15000t/a味精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）8.22246.6822二級種液（m3）0.82282.2發(fā)酵水解用糖（kg）1809二級種培養(yǎng)用糖（kg）20.552055水解糖總量（kg）1829.55淀粉(kg)1978.7尿素（或液氨）331.68糖蜜（kg）41.1氯化鉀（kg）9.87987磷酸氫二鉀（kg）0.82282.2硫酸鎂（kg）3.62362泡敵（kg）3.54354磷酸氫二鈉（kg）13.15

19、1315玉米漿（kg）24.662466谷氨酸（kg）9.92.2 熱量衡算 熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來的，熱平衡方程表示如下： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q62.2.1.液化工序熱量衡算（1）液化加熱蒸汽量 加熱蒸汽消耗量（D），可按下式計算：D= 式中 G-淀粉漿量（kg/h） C-淀粉漿比熱容（kJ/（kgK） t1-漿料初溫（20+273=293K） t2-液化溫度（90+273=363K） I-加熱蒸汽焓，2738kJ/kg（0.3Mpa，表壓） -加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，在363K時為377kJ/kg淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉197.9t；連續(xù)液化，197.9/

20、24=68.2（t/h）。加水為1：2.5，粉漿量為：68203.5=13870（t/h）。粉漿比熱C可按下式計算： C=C0 +C水 式中C0-淀粉質(zhì)比熱容，取1.55kJ/（kgK） X-粉漿干物質(zhì)含量，24.6% C水-水的比熱容，4.18kJ/（kgK） C=1.55 +4.18 =3.53（kJ/（kgK）蒸汽用量 D= =963（kg/h）（2）滅酶用蒸汽量滅酶時將液化液由90加熱至100，在100時的為419kJ/kg。 D滅= =140（kg/h）要求在20min內(nèi)使液化液由90升至100，則蒸汽高峰量為： 140 =420（kg/h）以上兩項合計，平均量963+140=110

21、3（kg/h）；每日用量1.124=26.4（t/d）。高峰量：963+420=1383（kg/h） 2.2.2.連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算（1）培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量發(fā)酵罐200m3裝料系數(shù)0.75，每罐產(chǎn)100%MSG量： 2000.753%85%97%1.272=11.27（t）發(fā)酵操作時間48h（其中發(fā)酵時間38h），需發(fā)酵罐臺數(shù)6臺。滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽（表壓）I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20預(yù)熱至75，再加熱至120。冷卻水由20升至45。每罐滅菌時間3h，輸料流量0.3（t/h）消毒滅菌用蒸汽量（D）： D =3212（kg/h）=3.2（t/h）式

22、中 3.97為糖液的比熱容（kJ/（kgoK）每日用蒸汽量： 3.233=28.8（t/d）高峰量：3.2t/h平均量： 28.824=1.2（t/h）（2）發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量發(fā)酵罐體加熱：200m3，1Cr18Ni9的發(fā)酵罐體重34.3t，冷卻排管重6t，1Cr18Ni9的比熱容0.5kJ/（kgK），用0.2Mpa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15 Mpa（表壓）下，由20升至127。其蒸汽量為986（kg）填充發(fā)酵罐空間所需的蒸汽量：因200m3發(fā)酵罐的全容積大于200m3，考慮到罐內(nèi)之排管、攪拌器等所占之空間，罐之自由空間仍按200m3計算。填充空間需蒸汽量： D空=V=2001

23、.622=324.4（kg）式中V-發(fā)酵罐自由空間即全容積（m3）-加熱蒸汽的密度（kg/m3），0.2Mpa表壓時為1.622滅菌過程的熱損失：輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)，罐外壁溫度70。=33.9+0.19(70-20)=43.4(kJ/(m2hK)200m3發(fā)酵罐的表面積為201 m2，耗用蒸汽量：D損= =199（kg）罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗41（kg）滅菌過程蒸汽滲漏，取總汽消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量為：1632（kg/h）每空罐滅菌1.5h，用蒸汽量： 16321.5=2448（kg/罐）每日用蒸汽量：24483=7344（kg/d），平均量7344/24=306（kg/h

24、）2.2.3.谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算年產(chǎn)萬噸商品味精，日產(chǎn)100%MSG 29.75t，選用25m3強制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐，濃縮結(jié)晶操作周期24h，其中輔助時間4h。每罐產(chǎn)100%MSG 10t，需結(jié)晶罐臺4臺。每罐投入40g/dl的中和脫色液（俗稱原液）23m3，流加30g/dl母液32m3，過程中加水6m3，在70下真空蒸發(fā)結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量20m3（1）熱量衡算來料帶入熱量：進(jìn)料溫度35，比熱為3.5kJ/（kgoK）Q來料=（231.16+321.13）3.535103=7.7106（kJ）加水帶入熱量： Q來水=64.1835103=8.8105（kJ）晶種帶

25、入熱量：MSG比熱容1.67（kJ/（kgoK） Q來晶=16001.6720=5.3104（kJ）結(jié)晶放熱：MSG結(jié)晶熱為12.7kJ/mol Q晶熱= =5.7105（kJ）母液帶走熱量：分離母液12m3，折算為相對密度1.26時15t，比熱容為2.83（kJ/（kgoK）Q=151032.8370=3.0106（KJ）隨二次蒸汽帶走熱量：Q二蒸=（23+32+6-20）2626106=1.077108（kJ）隨結(jié)晶MSG帶走熱量：Q出晶=101031.6770=1.17106（kJ）需外界供給熱量： Q=（Q母+Q二蒸+Q出晶）-（Q來料+Q來水+Q來晶+Q晶熱） =（3.0106+1.

26、077108+1.17106）-（7.7106+8.8105+5.3104+5.7105） =9.5107（kJ）（2）計算蒸汽用量每罐次用汽量：熱損按5%折算。D= =45830（kg/罐）每罐濃縮結(jié)晶時間20h，每小時耗蒸汽高峰量：45830/20=2292（kg/h）4臺罐（實際是3.5臺）同時運轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量： 3.52292=8022（kg/h）每日用蒸汽量：3.545830=160405（kg/d）=160（t/d）每小時平均用蒸汽量：160/24=6.7（t/h）2.2.4干燥過程的熱量衡算分離后之濕MSG含水2%，干燥后達(dá)到0.2%，進(jìn)加熱之空氣為18，相對濕度=70%，通過

27、加熱器使空氣升至80，從干燥器出來的空氣為60。年產(chǎn)萬噸商品味精，日產(chǎn)濕味精30.4t，二班生產(chǎn)，即30.4/16=1.9（t/h）。干燥水分量34（kg/h）18空氣濕含量=70%，X0=0.009（kg/kg干空氣），I0=41.8kJ/kg干空氣；加熱80，I1=104.5kJ/kg干空氣用公式：=（I2-I1）/（X2-X1）=Q物料+Q損失-Q初溫式中-空氣經(jīng)過干燥后的熱量變化（kJ/kg）Q損失-損失熱量，通常為有效熱量的10%Q物料=1.9103（60-18）0.44.18/34=3924（kJ/kg水）Q損失=0.1（5954.18+0.47604.18+3924-184.18

28、）=645（kJ/kg水）=184.18-3924-645= -4494（kJ/kg水）設(shè)X2=0.0108 I2=I1+（X2-X1）=104.5+（-4494）（0.0108-0.009）=96.4（kJ/kg空氣）空氣耗量為： 34/0.0108-0.009=18888（kg/h）80時空氣的比容0.83m3/kg實際消耗空氣量為： 188880.83=15677（m3/h）耗用蒸汽量（D）：使用0.1Mpa（表壓）蒸汽加熱，熱損失按15%計：D= =618（kg/h）每日用蒸汽量：61816=9888（kg/d）平均每小時用蒸汽量：9888/24=412（kg/h）2.2.5.生產(chǎn)過程

29、耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果：每日用蒸汽量為338t/d，每小時平均量為14.1t/h，高峰量為19.2t/h。100%MSG單耗蒸汽量：338/29.75=11.4（t/t）。年產(chǎn)30000噸味精熱量衡算表名稱每日用量（t）每小時均量（t）高峰量（t）單耗（t）蒸汽33814.119.211.42.3無菌空氣耗量計算（1）單罐無菌空氣耗用量230m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率為0.20-0.45vvn，取0.45計算 單罐發(fā)酵過程用氣量：（m3/h）單罐年用氣量： （m3/a）（2）種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量 有經(jīng)驗去耗氣量為發(fā)酵過程的20%故： （m3/h）單罐年用氣量： （m3/a）（3

30、）高峰無菌空氣耗量：（m3/h）（4）車間無菌空氣年耗量： （m3/a）（5）單耗：（m3/h）年產(chǎn)30000噸味精無菌空氣衡算表：發(fā)酵罐公稱容積（m3）單罐通氣量（m3/h）種子罐耗氣量（m3/h）高峰空氣耗量（m3/h）年空氣耗量（m3/h）空氣單耗（m3/h）2004658931.55216492112.4 設(shè)備設(shè)計與選型 2.4.1 發(fā)酵罐 （1）發(fā)酵罐的選型 選用機械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 發(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐 生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)97%純度的味精100t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時間)。每天產(chǎn)

31、純度為97%的味精100t，每噸100%的味精需糖液8.22m3則每天需糖液體積為V：設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)=75%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為48h）。發(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230 m3 取公稱體積200 m3 發(fā)酵罐11個，其中一個留作備用。實際產(chǎn)量驗算：富裕量 能滿足產(chǎn)量要求（3）主要尺寸的計算：取高徑比 H：D=2：1 則有：H=2D；解方程得： 取D=5mH=2D=10m；封頭高： 封頭容積 ：V封=16.4（m3）圓柱部分容積：V筒=197m3驗算全容積V全：V全=V全符合設(shè)計要求，可行。（4）冷卻面積的計算 對谷氨酸發(fā)酵，每1

32、m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.186000kJ/(m3h)。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18500 kJ/(m3h)。平均溫差tm： 32 3220 2712 5代入 對公稱容量200 m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，每罐實際裝液量為換熱面積 （5）攪拌器計算 選用六彎葉渦輪攪拌器。 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系攪拌器葉徑取d=1.7（m）葉寬 ：弧長：底距：盤踞 ：葉弦長：葉距 ：彎葉板厚：=12（mm）取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)6放大求得：（6）攪拌軸功率的計算 淀粉水解糖液低

33、濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。計算Rem8 式中 D攪拌器直徑，D=1.7m N攪拌器轉(zhuǎn)速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.310-3Ns/m2 將數(shù)代入上式：視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7計算不通氣時的攪拌軸功率P0：式中 Np在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7 N攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/min=1.33r/s D攪拌器直徑，D=1.7m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：兩擋攪拌：計算通風(fēng)時的軸功率Pg 式中 P0不通風(fēng)時攪拌軸功率（kW），N軸轉(zhuǎn)速，N=80r/min D攪拌器直徑（cm），D3=1.73106=4.9106 Q通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)

34、比VVm=0.110.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則Q=1550.11106=1.7107（ml/min） 代入上式：求電機功率P電：采用三角帶傳動1=0.92；滾動軸承2=0.99，滑動軸承3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：（7）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑1334mm。 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。冷卻管布置：采用豎式蛇管 最高負(fù)荷下的耗水量W式中 Q總每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 cp冷卻水的比熱容，4

35、.18kJ/（kgK） t2冷卻水終溫，t2=27 t1冷卻水初溫，t1=20 將各值代入上式冷卻水體積流量為3.6910-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S總為：式中 W冷卻水體積流量，W=3.6910-2m3/s V冷卻水流速，v=1m/s代入上式：進(jìn)水總管直徑 ： 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：取n=8，求管徑。由上式得：查金屬材料表選取894mm無縫管9， ，認(rèn)為可滿足要求，?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為300mm，則兩直管距離為600mm，兩端彎管總長度為： 冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面

36、積現(xiàn)取無縫鋼管894mm，每米長冷卻面積為則:冷卻管占有體積： 每組管長L0和管組高度：另需連接管8m：可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為則筒體部分液深為：豎式蛇管總高 又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，則直管部分高度：則一圈管長： 每組管子圈數(shù)n0：現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。.校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：而前有F=232.5m2，可滿足要求。（8）設(shè)備材料的選擇10選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費用。（9）發(fā)酵罐壁厚的計算計

37、算法確定發(fā)酵罐的壁厚S （cm）式中 P設(shè)計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa D發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，=127MPa 焊接縫隙， =0.7 C壁厚附加量（cm）式中 C1鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm C2為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，現(xiàn)取C3=0選用14mm厚A3鋼板制作。封頭壁厚計算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計算公式5如下： （cm）式中 P=0.4MPa D=500cm=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）=0.7（10）接管設(shè)計接管的長度h設(shè)計：各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100200mm

38、。接管直徑的確定：按排料管計算：該罐實裝醪量155m3，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。管徑：取無縫管1334mm，125.mm118mm，認(rèn)為合適。按通風(fēng)管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為2025m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比0.10.18vvm，為常溫下20，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值，。利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf8取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為則氣管直徑d氣為：因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取1334mm無縫管，可滿足工藝要求。排料時間復(fù)核：物料流量Q=0.0108m3/s，流

39、速v=1m/s；管道截面積：，在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為排料時間：（11）支座選擇選用裙式支座2.4.2 種子罐 發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。種子罐冷卻方式采用夾套冷卻。 （1）二級種子罐容積和數(shù)量的確定 二級種子罐容積的確定：接種量為10%計算，則種子罐容積V種2為：式中 V總發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3） 二級種子罐個數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間810h，生產(chǎn)周期1618h，因此，二級種子罐6個已

40、足夠，其中一個備用。主要尺寸的確定 種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。H：D=2：1，則種子罐總?cè)莘e量V總為：簡化方程如下： 整理后解方程得D=2.3m則H=2D=22.3=4.6（m）查得封頭高H封 罐體總高H罐：單個封頭容量：V封=4.125（m3）封頭表面積： S封=2.23m2圓筒容量 ： 不計上封頭容積 ： 校核種子罐總?cè)莘eV總：比需要的種子罐容積23m3大 ，可滿足設(shè)計要求。冷卻面積的計算 采用夾套冷卻 發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量： 夾套傳熱系數(shù)：現(xiàn)取K=4.18220kJ/（m2h） 平均溫差：發(fā)酵溫度32；水初溫2023，取23；水終溫27，則平均溫差： 需冷卻面積F： 核算夾套

41、冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度： 靜止液體浸沒筒體高度 ： 液深 ： 夾套可能實現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標(biāo)面積S封與圓筒被液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：夾套高度應(yīng)不高于動態(tài)時的液面高度，因高于液面的傳熱面積，并沒有起多少冷卻作用。綜上，傳熱需要的面積F=12.1(m2)該設(shè)計夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2S夾F，可滿足工藝要求。設(shè)備材料的選擇 采用A3鋼制作壁厚計算 夾套內(nèi)罐的壁厚式中 D設(shè)備的公稱直徑，140cm m外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設(shè)備的起始橢圓度有關(guān)，在我國，m=3 P設(shè)計壓力，與水壓有關(guān)，P=0.4MPa E金屬材料的彈性模量9，對A3鋼E=2105MPa C壁厚附加量

42、，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 L筒體長度，L=110cm將數(shù)值代入公式：取9mm 封頭的厚度封：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論P317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力i 對于上封頭，取封=6mmii 對于下封頭，取封=8mm 冷卻外套壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論P314表13 碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定套=5mm 外套封頭壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論P316表15 橢圓形封頭（JBH5473），確定套封=6mm設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計 擋板：根據(jù)全擋板條件，式中B擋板寬度B（0.1-0.12）D=0.11400=140mm D罐徑D1400mm Z擋板數(shù)：取Z6塊 攪拌器：采用六彎